{首页主词},&

腐蝕介質偷偷侵入，鎳鈦合金危險！

2018-12-14 18:28:09 作者：施小立來源：腐蝕與防護分享至：

隨著現代醫學的發展，鎳鈦合金因其優良的生物相容性、射線不透性、核磁共振無影響性、力學性能、腐蝕抗力、形狀記憶效應和超彈性等，在醫學領域廣泛應用于人體微創植入類醫療器械。

事件背景

某批鎳鈦合金植入類醫療器械，在生產裝配后進行X射線檢查時出現鎳鈦絲斷裂情況。該鎳鈦絲生產工藝為：編織→熱處理定型→清洗→包膜熱定型→自檢→裝配→X射線檢查。為此，筆者采用一系列檢驗方法對鎳鈦絲的斷裂原因進行了分析，并提出了相應的改進措施。

理化檢驗

對該鎳鈦合金產品里的鎳鈦絲進行化學成分分析、力學性能測試、潔凈度測試，結果見表1-3，可見此三項指標均符合GB 24627－2009的技術要求。

表1 鎳鈦絲的化學成分（質量分數）

表2 鎳鈦絲的力學性能試驗結果

表3 鎳鈦絲潔凈度測試結果

1 宏觀分析

該批鎳鈦合金產品里的鎳鈦絲斷裂多發生在小波峰或波谷附近，裂紋源區及非斷裂小波峰或波谷附近表面分布著較多的腐蝕坑；撥開產品包膜區域，發現有黃色物質；斷口為橫向平斷口，沒有明顯塑性變形，屬宏觀脆性斷裂，如圖1所示。

圖1 斷裂鎳鈦絲的宏觀形貌

2 斷口微觀分析

斷裂鎳鈦絲浸泡在乙醇溶液中經超聲振蕩清洗后，使用JSM-6510型掃描電鏡對斷口及裂紋源區進行觀察。斷裂鎳鈦絲的裂紋源起始于絲材表面腐蝕坑，如圖2所示；裂紋擴展區為解理斷口，瞬斷區為扁平韌窩，如圖3所示；斷口裂紋源側邊及小波峰或波谷附近絲材表面存在許多腐蝕坑，如圖4所示；遠離斷口處的腐蝕坑內有明顯的灰色泥狀花樣腐蝕產物，如圖5所示，具有典型的應力腐蝕特征。

圖2 鎳鈦絲斷口微觀形貌

圖3 鎳鈦絲斷口SEM形貌

3 微區化學成分分析

對斷裂鎳鈦絲裂紋源區、小波峰或波谷附近表面腐蝕坑內灰色腐蝕產物、包膜上污染的黃色物質、編織模棒上的銹蝕物質及熱定型所用的熱縮管進行能譜（EDS）分析，結果如圖6~8所示。

圖4 鎳鈦絲斷口附近腐蝕坑的微觀形貌

圖5 鎳鈦絲遠離斷口處腐蝕坑的微觀形貌

圖6 鎳鈦絲裂紋源區的EDS譜

圖7 鎳鈦絲腐蝕坑及包膜黃色物質的EDS譜

圖8 編織模棒上的鐵銹和熱縮管的EDS譜

可見裂紋源區、腐蝕坑及包膜黃色物質主要化學成分為溴、鎳、鈦元素及少量鐵、錳、鉻、釩、鈣、鈉、氯、硫等元素。溴元素來源于熱縮管，而鐵、錳、鉻、釩、鈣、鈉、氯、硫元素多來源于模具銹蝕物質。

分析與討論

1 斷口特征

失效產品中鎳鈦絲的斷裂起始于鎳鈦絲表面的腐蝕坑，斷口裂紋源區為腐蝕坑，裂紋擴展區為解理，瞬斷區為扁平韌窩，斷口為脆性斷口，腐蝕坑內的腐蝕產物具有應力腐蝕的泥狀花樣特征，由此可以判斷該鎳鈦絲斷裂屬于應力腐蝕開裂引起的脆性斷裂。

2 應力腐蝕開裂的應力來源（內因）

對產品生產過程進行分析，在編織波峰或波谷區域時，采用邊加熱、邊編織的方式，用熱風槍消除波峰應力，但在編織小波峰或小波谷時，由于模具限制，加熱效果稍差，無法很好地實現邊加熱、邊編織來消除應力，導致小波峰或小波谷附近（即斷裂鎳鈦絲腐蝕坑分布區域）處于熱應力分界處，存在較大的殘余拉應力。

3 應力腐蝕開裂的介質來源（外因）

該批斷絲產品為8－10月份生產，該時間段為海洋性氣候，環境濕度較高，金屬編織模具易生銹，現場觀察到模棒有不同程度的銹蝕。由于模棒銹蝕，導致編織的鎳鈦絲存在不同程度的污染，在熱處理定型后產品清洗時未能完全清洗消除銹蝕污染。在包膜熱定型過程中，由于熱縮管中含有溴元素，高溫汽化后，與產品表面附著的銹蝕物質共同形成了復合的腐蝕介質。

4 模擬HBr應力腐蝕試驗

眾所周知，HF對鎳鈦絲有強烈的腐蝕作用，為探索HBr對鎳鈦絲的影響，模擬應力腐蝕環境進行以下試驗：人為制造鎳鈦絲中存在的拉應力，然后將鎳鈦絲放置于HBr溶液中1h，取出放置4h后掰斷，對斷口進行微觀觀察，結果如圖9所示。